[发明专利]一种增减材制备钛合金零件的方法

说明书

本发明公开一种增减材制备钛合金零件的方法，该方法具体包括制备氢化钛颗粒：采用海绵钛为原材料，使其与氢气反应生成氢化钛，反应完成后，将上述生成的氢化钛进行破碎处理；制备球化钛颗粒：将破碎的氢化钛颗粒进行射频等离子球化处理；增减材加工：根据零件生成三维CAD模型，将所述CAD模型导入到增减材混合加工系统的软件程序中；软件生成多个沉积层及沉积模块，设定每个沉积模块的沉积路径及沉积参数；并实时进行检测，根据原始数据及实时检测到的数据，对材料进行减材加工修复。本发明将高精度球化的钛合金颗粒材料与增减材制造技术结合起来，可以产业上得到广泛的应用。

技术领域

本发明涉及钛合金先进制造领域，特别涉及一种增减材制备钛合金零件的方法。

背景技术

钛及钛合金由于其具有密度低、比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、焊接性能好等优良性能，在汽车、化工、冶金、环保、航空、航天和兵器等领域具有广泛的应用。目前，制备钛合金较成熟的方法主要有真空熔炼、精密铸造和粉末冶金法。熔炼法和精密铸造都存在成分易于偏析、组织不均匀、夹杂引进等缺陷。同样，传统粉末冶金也只能生产形状简单的零件。增材制造可生产成分和组织均匀、近净尺寸的复杂形状零部件，原料利用率高。增材制造俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

随着数字化及智能化的发展，基于CAD模型的产品设计与制造在现代机械制造领域占据了越来越重要的位置。增材制造技术是指基于离散-堆积原理，通过三维模型分层切片的方式自下而上累加制造。与传统的“减材加工”相比，增材制造技术不需要刀具、模具，所需工装、夹具较少；可缩短生产准备周期，加速制造过程，可精确制造出复杂零件，从而有效提高材料利用率。

专利ZLCN201711015935.7公开了一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法，在惰性气氛加工室中，采用逐层沉积的方法进行钛或钛合金零件的激光增材制造；当沉积到非强化区域时，采用惰性气体作为载粉气体和激光镜头保护气；当沉积到强化区域时，在不改变各项工艺参数的情况下，通过采用含有30％～100％氮气的惰性气体作为载粉气体和激光镜头保护气，改变熔池处的气体氛围，使熔池处的气体氛围中含有30％～100％氮气，使强化区域沉积完成后得到氮化钛强化层。

专利ZL02114474.5公开了一种分级组织可控的激光立体成形方法，根据所要制备的材料，确定需要送进粉末的种类、送粉器的组数和粉末流输入管路的个数，计算机根据加工工艺流程，驱动送粉器送粉，并通过传感器所采集的各路粉末的流量和流态信号，同步精确控制送粉器的送粉量和送粉状态，各路粉末经混流器混合均匀后，经喷嘴送入激光熔池中进行快速成形。

通过对于现有技术的分析可知，钛合金增材制造工艺由于机械系统误差，喷头系统误差，材料成型收缩、变形及固化等误差的存在，增材制备的成形精度不够高。在成型过程中金属粉末多呈熔融态，粉末流速过快时，容易使得沉积粉末沿沉积层流动，而造成零件精度的降低。对于复杂曲面难度系数大，分层效果差，轮廓曲线不平滑，在零件曲面处过渡差，零件局部结构易折断，加工表面不光滑，加工成本高等问题。

此外，钛合金的微观结构也会影响钛产品的优良性能，特别是生物仿生领域，对于钛合金产品的制造精度、仿骨微结构、生物相容性都有较高的要求。在钛合金零件的制备方法中，制备组份均匀、密度均匀、缺陷少、强度高、球形度高的钛粉非常重要。

目前，国内球形钛粉主要通过气雾化方法制造及等离子旋转电极法制造。加拿大的PyroGenesis公司已将等离子体喷雾用于工业规模生产球形钛粉，该公司使用的是直流非转弧等离子喷嘴，等离子喷雾设备由3个与垂直方向成 20°～40°角的喷嘴组成，3个喷嘴对着同一个顶点，形成一个等离子区域，这种工艺设备的优点是热焓量大而电极损耗小，然而该方法生产率较低，粉末成本较高。